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手把手教你用ChemDraw 畫(huà)化學(xué)結(jié)構(gòu)式：基礎(chǔ)篇

來(lái)源：本站時(shí)間：2021-06-19 14:44:00 瀏覽：96349次

1 引言

從事生物材料和高分子材料研究的同學(xué)在日常科研活動(dòng)中會(huì)接觸到大量的有機(jī)分子，為了更加清楚、直接地表現(xiàn)化學(xué)成分和反應(yīng)式，除了使用分子式和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式之外，還需要繪制化學(xué)結(jié)構(gòu)式，甚至于建立能夠反映立體結(jié)構(gòu)的球棍結(jié)構(gòu)式等。然而，大多數(shù)有機(jī)分子通常包含長(zhǎng)肽鏈和復(fù)雜的有機(jī)官能團(tuán)，為了更加快捷而準(zhǔn)確地表示相關(guān)物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)，就需要借助繪圖軟件和工具來(lái)達(dá)成。

2 軟件介紹

Chem系列軟件的開(kāi)發(fā)公司為PerkinElmer，該公司開(kāi)發(fā)了包括Chem Draw、Chem Window，Chem Sketch等在內(nèi)的一系列軟件。

Chem Draw是一款專用于化學(xué)繪圖的工具，主要針對(duì)的是化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)化學(xué)繪圖需求，能夠快速有效地處理立體化學(xué)問(wèn)題，包括：（1）能夠準(zhǔn)確地處理有機(jī)分子、生物氨基酸和肽鏈以及各種高級(jí)形式的立體化學(xué)問(wèn)題；（2）能夠預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)屬性、生成光譜，可以有效地節(jié)約時(shí)間并提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；（3）具有數(shù)據(jù)庫(kù)和搜索功能，能夠繪制并直接搜索相關(guān)的化合物結(jié)構(gòu)；（4）使用內(nèi)置的生物模板可以創(chuàng)建插圖與流程圖，從而快捷、高效地進(jìn)行科研交流。

在本篇章中，將圍繞Chem Draw軟件，介紹軟件的入門(mén)使用教程，包括如下內(nèi)容：

（1）介紹軟件主界面，包括工具欄中的繪圖工具的主要內(nèi)容和使用方法；

（2）以繪制化學(xué)反應(yīng)式、化學(xué)反應(yīng)中間體和透視結(jié)構(gòu)為范例，介紹使用Chem Draw軟件的基本繪圖流程。

在Chem系列軟件中，Chem Draw和Chem Window為商業(yè)軟件，相關(guān)資料在http://www.camsoft.com/和http://www.sadtlersuite.com/上可查閱。Chem Sketch對(duì)教育及家用為免費(fèi)軟件，可以http://www.acdlabs.com/上下載。

3 主界面介紹

以下將就Chem Draw7.0版本對(duì)軟件主界面作介紹。

圖形工具板是繪制化學(xué)圖形時(shí)進(jìn)行主要操作的工具板，其中含有多項(xiàng)繪制工具，分別的名稱和主要工具的作用如圖2所示。

在上圖中標(biāo)藍(lán)的工具圖標(biāo)中，其右下角均含有小黑色三角符號(hào)，使用鼠標(biāo)左鍵長(zhǎng)按圖標(biāo)時(shí)，相應(yīng)的子工具圖標(biāo)就顯示出來(lái)：

4 基本操作

（1）建立文件：在菜單欄的【文件】中選擇New document可建立一個(gè)新文件；

（2）打開(kāi)文件：菜單欄中的【文件】——【打開(kāi)】可打開(kāi)相應(yīng)的文件。Chem Draw可讀的文件類型如下圖所示：

（3）切換文件窗口：每次打開(kāi)一個(gè)文件，都會(huì)添加一個(gè)文件窗口。同時(shí)打開(kāi)多個(gè)文件時(shí)，僅顯示最后打開(kāi)的文件。可以縮小文件窗口進(jìn)行切換或按ctrl+Tab鍵變換窗口。

（4）儲(chǔ)存文件：在菜單欄中的【文件】一項(xiàng)中選擇【保存】或【另存為】，即可完成存儲(chǔ)；

（5）使用方程式樣式：由于軟件自帶的格式較為簡(jiǎn)單，Chem Draw中提供了各大主流機(jī)構(gòu)的格式樣式。在創(chuàng)建和打開(kāi)文件后，可以通過(guò)【文件】——【打開(kāi)樣式】一欄的展開(kāi)欄中進(jìn)行選擇。

5 實(shí)例演示

例一：繪制如圖所示的方程式

涉及操作：基本編輯工具的使用。

1、繪制2-丙酮分子

1.1、選擇單鍵工具

1.2、選擇單鍵工具后，鼠標(biāo)光標(biāo)將變成十字狀。在文件窗口中的合適位置（圖5：a位置）單擊鼠標(biāo)，并拖動(dòng)光標(biāo)，使伸展的化學(xué)鍵與x軸成30°夾角，終止點(diǎn)標(biāo)為b位置。所獲得的圖像如圖5中的1.2所示；

1.3、將光標(biāo)放在b位置，此時(shí)b點(diǎn)出現(xiàn)藍(lán)色方塊。在此處單擊鼠標(biāo)或拖動(dòng)鼠標(biāo)至c位置，即在第一個(gè)化學(xué)鍵右側(cè)出現(xiàn)一個(gè)與其完全對(duì)稱、二者之間成120°鍵角的化學(xué)鍵；

注：?jiǎn)螕羰髽?biāo)時(shí)第二個(gè)化學(xué)鍵鍵角可能會(huì)不成120°，此時(shí)可采取快捷方式改變鍵角，方法如下：按下Shift鍵，使用鼠標(biāo)拖動(dòng)第二個(gè)化學(xué)鍵的c末端至所需要的位置，即可完成調(diào)整；

1.4、以b位置為起點(diǎn)，在垂直于x軸的方向以同樣的方法畫(huà)兩條化學(xué)鍵，結(jié)束位置均為d位置，即完成一條雙鍵的繪制，所獲圖形如1.4.2所示；

1.5、除了使用單鍵工具外，還可以使用雙鍵工具進(jìn)行繪制，同樣點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，從b位置牽拉至d位置，結(jié)果如圖中的1.5所示；

1.6、在結(jié)構(gòu)骨架上添加化學(xué)標(biāo)記：在d端點(diǎn)雙擊鼠標(biāo)后出現(xiàn)1.6.1所示文字框，輸入相應(yīng)的元素符號(hào)（O），即得到最終的2-丙酮分子（1.6.2）。

2、繪制4-羥基-4-甲基-2-戊酮

4-羥基-4-甲基-2-戊酮的繪制可以在2-丙酮的基礎(chǔ)上進(jìn)行：

2.1、復(fù)制2-丙酮分子：選用工具欄中的框選工具，圈出2-丙酮分子。使用ctrl+C-ctrl+V可以復(fù)制分子，或直接按住ctrl鍵并拖動(dòng)分子至合適的位置，即可完成復(fù)制，結(jié)果如2.1；

2.2、使用化學(xué)鍵工具和編輯文字工具完成剩余部分的繪制，獲得4-羥基-4-甲基-2-戊酮分子，即2.1.2。

3、繪制氫氧自由基

3.1、建立文本框并輸入相應(yīng)的元素組成（OH），如圖7中的3.1所示；

3.2、添加電荷符號(hào)：常按工具欄中的“化學(xué)符號(hào)”，調(diào)出子工具板3.2.1。拖動(dòng)光標(biāo)移動(dòng)至負(fù)電荷符號(hào)上，此時(shí)光標(biāo)變?yōu)槭郑诶L制面板上單擊鼠標(biāo)左鍵時(shí)即可繪制負(fù)電荷符號(hào)，如圖3.2.2所示。

4、組合反應(yīng)式

4.1、檢查結(jié)構(gòu)圖形的正確性：在組合化學(xué)式前，需要使用check structure命令來(lái)檢查結(jié)構(gòu)圖形的正確性。使用選擇工具框選所需檢查的所有分子，選取菜單欄【結(jié)構(gòu)】——【check structure】即可運(yùn)行對(duì)化學(xué)分子的檢查；

4.2、在反應(yīng)式中加箭頭：調(diào)出工具板的箭頭工具中的子工具欄，選定所需要的箭頭工具，使用鼠標(biāo)拖動(dòng)添加箭頭；

4.3、組合符號(hào)：使用選擇工具，按下shift鍵，分別單擊箭頭、OH和負(fù)電荷符號(hào)，隨后在菜單欄中的【對(duì)象】中使用【組合】命令，即可把所選符號(hào)相互集中在一起；

4.4、使用方框把反應(yīng)方程式框起來(lái)：調(diào)出工具欄中基元工具中的子工具欄，選中陰影框，并在繪圖頁(yè)面內(nèi)把反應(yīng)式框選起來(lái)。

5、存儲(chǔ)文件：

使用另存為可將文件保存為cdx模式（此格式的文件可再次使用Chem Draw打開(kāi)并保存），或圖片模式（png、eps等）。

實(shí)例演示二、

繪制中間體結(jié)構(gòu)

涉及操作：箭頭工具的使用。

如上圖所示的中間體，涉及曲線箭頭編輯工具的使用方法。

1、在工具欄中選擇環(huán)己烷工具，在編輯面板單擊鼠標(biāo)，創(chuàng)建一個(gè)環(huán)己烷分子(1.1)；

2、去掉環(huán)的某一部分鍵：使用橡皮工具，在需要清除的化學(xué)鍵的中間位置單擊即可消去該化學(xué)鍵(2.1)；

3、在2.1的基礎(chǔ)上繪制物質(zhì)結(jié)構(gòu)式，結(jié)果如3.1所示；

4、改變雙鍵中單鍵的位置：鼠標(biāo)定位在雙鍵中心位置，待光標(biāo)變化為細(xì)箭頭后單擊，即可改變雙鍵中單鍵的位置，結(jié)果如4.1所示；

5、使用文本工具添加氧負(fù)離子和羥基標(biāo)識(shí)，結(jié)果如5.1所示；

6、選擇筆工具，在菜單欄的【曲線】欄中選擇【結(jié)尾處箭頭】，隨后開(kāi)始繪制曲線路徑；

7、繪制曲線路徑：使用鼠標(biāo)左鍵拖拽至合適的位置，此時(shí)出現(xiàn)的虛線段代表曲線箭頭起始位置的切線路徑（圖9 7.1.1）。隨后在箭頭終止位置單擊，即可形成曲線路徑（7.1.2）。按Esc鍵退出筆工具，即完成曲線路徑的繪制（7.1.3）；

8、調(diào)整曲線路徑：在曲線路徑上單擊進(jìn)入編輯狀態(tài)，拖動(dòng)虛線段的起始和終止點(diǎn)即可對(duì)曲線形狀進(jìn)行調(diào)整（8.1）；

9、使用同樣的方法添加另外兩條曲線段；

注：只有在完成當(dāng)前曲線繪制，并按Esc退出后才能繼續(xù)繪制下一條曲線；

10、保存cdx文件并另存為圖形格式保存；

注：可以使用菜單欄【查看】中的【放大】對(duì)繪制圖形進(jìn)行局部放大觀察；

例三、繪制透視圖形

涉及操作：化學(xué)圖形的旋轉(zhuǎn)、變形。

方法一：

1、使用環(huán)己烷工具、單鍵工具和文本編輯工具繪制圖10 1.1所示的分子；

注：在繪制a位朝下的化學(xué)鍵時(shí)，為了避免與b位朝上的化學(xué)鍵距離過(guò)近而報(bào)錯(cuò)，繪制化學(xué)鍵時(shí)可以按下Alt鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，即可建立任意鍵長(zhǎng)的化學(xué)鍵。

2、選中繪制的分子，按下Shift鍵，拖動(dòng)選擇框的右下角對(duì)分子做變形處理，結(jié)果如2.1所示；

注：選擇框右上角為旋轉(zhuǎn)選項(xiàng)，右下角為變形選項(xiàng)。

3、使用文字工具進(jìn)行編輯，結(jié)果如3.1所示；

4、使用工具板中的寬鍵工具，對(duì)分子中的1、2、3鍵進(jìn)行加粗處理，如4.1所示

方法二：

1、使用模板庫(kù)中的專有模板，找到【Conformer】一欄中如2.1.1所示的分子，直接繪制；

2、使用橡皮、文字編輯工具在2.1.1的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，最終得到2.2.1所示的分子。

注：Chem Draw的模板庫(kù)中包含大量的化學(xué)分子模板、DNA模板、化學(xué)儀器等模板，善加利用可以大幅提高作圖效率。

6 實(shí)用工具匯總

1、結(jié)構(gòu)式正確性檢查工具：路徑：菜單欄【結(jié)構(gòu)】——【Check Structure】；

功能：檢查所繪化學(xué)分子的正確性。如正確將直接通過(guò)；如有錯(cuò)誤將在錯(cuò)誤位置標(biāo)紅。可使用鼠標(biāo)右鍵查看錯(cuò)誤原因。

2、化學(xué)信息工具：

路徑：使用框選工具選中所需要了解的化學(xué)分子后在菜單欄【查看】中選擇【信息窗口】，即會(huì)出現(xiàn)標(biāo)示了化學(xué)分子部分物理化學(xué)信息的窗口；

功能：可運(yùn)行軟件以預(yù)計(jì)該分子的化學(xué)信息。

3、改變頁(yè)面大小：

路徑：菜單欄【文件】——【頁(yè)面設(shè)置】——改變頁(yè)面大小和頁(yè)邊距等選項(xiàng)；

功能：擴(kuò)展操作頁(yè)面，確保有足夠的空間作圖。

7 總結(jié)

以上即為Chem Draw的基本使用方法，以Chem Draw繪制的結(jié)構(gòu)式為基礎(chǔ)，可以與Chem 3D聯(lián)用繪制三維立體分子。關(guān)于Chem Draw的更多使用技巧和詳細(xì)技法解析，以及繪制三維立體結(jié)構(gòu)的方法，將在下一期【手把手教你用ChemDraw畫(huà)化學(xué)結(jié)構(gòu)式：高級(jí)篇】中介紹。

上一篇：共振非彈性X射線散射（RIXS）技術(shù): 原理及應(yīng)用

下一篇：Jade軟件基本操作

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